TP P7 : Étude des vibrations d’une corde

TS – Spé Physique TP P7 : Étude des vibrations d’une corde – Spé Physique 7 1/2

Spé PHYSIQUE

TP P7 : Étude des vibrations d’une corde

B

 Étudier le son produit par une corde

 Étudier les vibrations d'une corde de guitare

I. O

’

Étudions les vibrations d’une corde de guitare et le son qu’elle produit lorsqu’elle oscille librement.

 Pincer la plus grosse corde d’une guitare, la lâcher et l’observer à l’œil nu, puis à l’aide d’un stroboscope.

 En partant de 100 Hz, diminuer progressivement la fréquence fe des éclairs du stroboscope jusqu’à l’immobilité apparente de la corde. La fréquence fc des vibrations est alors égale à fe.

1. Quel est l’aspect de la corde observée à l’œil nu, puis avec le stroboscope ? 2. Quelle est la valeur de la fréquence fc ?

 Placer un micro près d’une sortie de la caisse de résonance et le brancher à un système d'acquisition.

Enregistrer la tension correspondant à la vibration sonore émise.

3. Le son produit est-il pur ?

4. La vibration sonore émise est-elle sinusoïdale ? Est-elle périodique ? Reproduire son allure.

5. Mesurer la période Tc (en s) des oscillations. En déduire la fréquence fc des oscillations libres de ce fil.

 Réaliser l’analyse de FOURRIER de l’enregistrement

6. Quelles sont les valeurs des premières fréquences qui apparaissent dans le spectre ? Comparer ces fréquences avec la fréquence fc.

II. O

’

Excitons la corde avec une force périodique et étudions les oscillations périodiques qui en résultent.

 La corde est maintenant parcourue par un courant alternatif d'intensité I délivré par un GBF.

 La corde métallique passe entre les pôles d'un aimant en U. Elle est alors soumise à une force magnétique de Laplace qui provoque un déplacement vertical alternativement vers le haut puis vers le bas selon le sens du courant. La corde est ainsi soumise à des oscillations forcées.

 L'aimant est placé initialement au centre du fil.

 En partant de 50 Hz, augmenter la fréquence f du GBF jusqu'à entendre un son et observer la forme de la corde métallique.

7. Compléter le tableau suivant :

Fréquence (Hz) Mode de vibration Nombre de fuseaux Forme de la corde (distances en cm) f1 =

f2 =

f2 =

f2 =

¼ ½ ¾

0 1

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MODE PROPRE DE VIBRATION FONDAMENTAL : HARMONIQUE DE RANG 1 8. Définir le mode de vibration fondamental.

9. Comparer la fréquence f1 de vibration du mode fondamental à la fréquence fC de vibration de la corde lors des oscillations libres. Conclure.

MODES PROPRES DE VIBRATION DE RANG SUPERIEUR A 1 : HARMONIQUE DE RANG N

10. Calculer les rapports : , et . Comparer ces valeurs à f1.

11. Quelle relation simple peut-on écrire entre la fréquence f1 du mode fondamental et la fréquence fn de l'harmonique de rang n ?

12. Pourquoi dit-on que les fréquences de vibration de la corde métallique sont quantifiées ?

NŒUDS ET VENTRES DE VIBRATION

 Avec deux petits morceaux de papier pliés, chercher sur la corde, pour l’harmonique de rang 3, les points pour lesquels la corde est immobile.

13. Comment son disposés les deux morceaux de papier sur la corde ? Qu’observe-t-on entre les deux morceaux de papier ou entre un morceau de papier et un point d’attache de la corde ?

14. Définir un nœud et un ventre de vibration. Indiquer les nœuds et ventres de l'harmonique de rang sur le schéma correspondant.

15. Combien de fuseaux observe-t-on dans l'harmonique de rang 3 ? Si L est la longueur de la corde quelle est la longueur des fuseaux pour l'harmonique n°3 ? Généraliser pour l'harmonique de rang n.